На пути к более общей физической теории

За пределами Стандартной модели сейчас идет только поиск, устоявшейся теории нет. Существуют гипотезы о том, что кварки и лептоны сами состоят из более фундаментальных частиц – "преонов". То же относится к W⁺, W^- и Z⁰-бозонам.

Было принято считать, что масса нейтрино равна нулю, хотя теоретических оснований к этому нет. Более того, имеются определенные экспериментальные указания на то, что масса нейтрино отлична от нуля и составляет величину примерно в миллион раз меньшую массы электрона. Если это так, то возможны процессы превращения нейтрино одного вида в нейтрино другого — осцилляции нейтрино.

После открытий в современной физике значительно возросла уверенность в том, что все виды взаимодействия тесно связаны между собой и, по существу, являются различными проявлениями некоторого единого поля. Прилагаются значительные усилия в попытках рассмотреть на единой основе не только электромагнитное и слабое, но и сильное взаимодействие. Эта теория получила название Великого объединения.

В настоящее время считается доказанным, что единое поле, объединяющее все виды взаимодействия, может существовать только при чрезвычайно больших энергиях частиц, недостижимых на современных ускорителях. Такими большими энергиями частицы могли обладать только на самых ранних этапах существования Вселенной, которая возникла в результате так называемого Большого взрыва (Big Bang). Космология – наука об эволюции Вселенной – предполагает, что Большой взрыв произошел примерно 14 миллиардов лет тому назад. В стандартной модели эволюции Вселенной предполагается, что в первый период после взрыва температура могла достигать 10³² К, а энергия частиц E = kT достигать значений 10¹⁹ ГэВ. В этот период материя существовала в форме кварков и нейтрино, при этом все виды взаимодействий были объединены в единое силовое поле. Постепенно по мере расширения Вселенной энергия частиц уменьшалась, и из единого поля взаимодействий сначала выделилось гравитационное взаимодействие (при энергиях частиц ≤ 10¹⁹ ГэВ), а затем сильное взаимодействие отделилось от электрослабого (при энергиях порядка 10¹⁴ ГэВ). При энергиях порядка 10³ ГэВ все четыре вида фундаментальных взаимодействий оказались разделенными. Одновременно с этими процессами шло формирование более сложных форм материи – нуклонов, легких ядер, ионов, атомов и т. д. Космология в своей модели пытается проследить эволюцию Вселенной на разных этапах ее развития от Большого взрыва до наших дней, опираясь на законы физики элементарных частиц, а также ядерной и атомной физики.

На рубеже XIX-XX веков, кризис в физике успешно разрешился созданием теории относительности и квантовой механики, которые полностью перевернула наши представления об окружающем мире. А ведь совсем незадолго до эпохальных событий лорд Кельвин сказал свою знаменитую фразу о том, что в физике ничего нового сделать нельзя. Но в последние годы двадцатого века произошли новые эпохальные события. Обнаружилось, что результаты измерений гравитационной массы, полученные разными методами, расходятся. И физики заговорили о некой темной материи, которая взаимодействует с обычной только с помощью силы тяготения.

Затем вдруг оказалось, что Вселенная последние два миллиарда лет расширяется с ускорением, то есть взрывается во второй, после Большого взрыва, раз. Это наблюдение породило еще одну сущность - темную энергию. Этой таинственной субстанции дали много других названий - от квинтэссенции и физического вакуума, наполненного невидимой энергией до лямбда-членауравнений Эйнштейна. А еще ее называют антигравитацией, потому что чем больше темной энергии где-то сосредоточится, тем сильнее в этом месте массы будут друг от друга отталкиваться - в полном противоречии с законом тяготения Ньютона.

После того, как вдруг выяснилось, что 95% Вселенной состоит неизвестно из чего, возникает широкий простор для поиска, для создания новых теорий, порой очень смелых.

Приложение 1.

Примечание. Античастицы имеют тождественные с частицей значения массы, времени жизни, спина и изоспина и противоположные по знаку значения электрического, лептонного L и барионного B зарядов, проекции изоспина и странности S.